Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Fundamentale Beobachtung spin-gesteuerter elektrischer Leitung in Metallen

07.07.2015

Ultraschnelle Terahertz-Spektroskopie erlaubt direkte Einblicke in die Bausteine moderner magnetischer Speicher

Moderne magnetische Speicher, wie zum Beispiel die in fast jedem Computer eingebauten Festplatten, können große Datenmengen speichern und vor allem - dank winziger Sensoren im Nanobereich - den Speicher auslesen.


Der Unterschied in der Mobilität der Elektronen mit entgegengesetztem Spin in ferromagnetischen Metallen kann durch Terahertzwellen präzise aufgelöst werden.

© MPI-P

Diese magnetischen Sensoren, oft Spinventile genannt, basieren auf dem Riesenmagnetowiderstandseffekt (Giant Magnetoresistance, GMR), für dessen Entdeckung Albert Fert und Peter Grünberg 2007 den Physiknobelpreis erhielten.

Der GMR-Effekt beruht auf einer Theorie des elektrischen Ladungstransports in ferromagnetischen Metallen, die von Sir Nevill F. Mott im Jahr 1936 entwickelt wurde. In Motts Modell werden die Elektronen aufgrund ihres mikroskopischen magnetischen Moments – ihres Spins – unterschiedlich gestreut.

Die Elektronen mit der einen Spinausrichtung streuen weniger als diejenigen mit der entgegengesetzten Ausrichtung. Sie tragen daher mehr zur elektrischen Leitfähigkeit bei. Diese Spin-Asymmetrie zwischen den Leitungselektronen wird durch die Kombination von ferromagnetischen und nicht magnetischen Metallen sehr verstärkt, besonders wenn sie ein Spinventil bilden, in dem der spezifische elektrische Widerstand sehr stark auf ein Magnetfeld reagiert, was zum GMR-Effekt führt.

Obwohl Motts spinabhängige Leitfähigkeit die Grundlage für magnetische Speicher und viele andere Technologien darstellt, war lange Zeit ihre direkte Beobachtung eine Herausforderung. Grund hierfür ist, dass die fundamentalen Größen von Motts Modell – spinabhängige Stoßzeit und spinabhängige Elektronendichte – nur durch Messungen der Leitfähigkeit auf den ultraschnellen Zeitskalen, auf denen die Elektronenstreuung stattfindet, also unter 100 Femtosekunden (1 fs = 10-15 s, d.h. das Billiardstel einer Sekunde) direkt und eindeutig bestimmt werden können. Solche extrem kurzen Zeitskalen verhinderten grundsätzlich für viele Jahrzehnte die direkte Beobachtung des Magnetotransports in Metallen.

Im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen den Forschungsgruppen des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) und der Johannes Gutenberg-Universität (JGU), unter Beteiligung der Mainzer Firma Sensitec GmbH und des Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft, haben die Wissenschaftler diese Geschwindigkeitshürde für fundamentale Magnetotransportmessungen mittels ultraschneller Terahertz-Spektroskopie überwunden (1 THz = 1012 Hz, also eine Billion Schwingungen pro Sekunde).

„Indem wir die Wechselwirkung von elektromagnetischen Terahertzwellen – welche ungefähr genauso schnell schwingen wie die Elektronen streuen – mit dem Spinventil untersuchten, konnten wir die fundamentalen Größen von Motts Theorie zum ersten Mal direkt bestimmen“ erklärt Dmitry Turchinovich, Projektleiter am MPI-P.

„Insbesondere fanden wir heraus, dass bei traditionellen Messungen auf größeren Zeitskalen die Spin-Asymmetrie der Elektronenstreuung, welche für die magnetische Sensorfunktion verantwortlich ist, signifikant unterschätzt wurde“.

Die Ergebnisse des Forschungsteams Zuanming Jin, Alexander Tkach, Frederick Casper, Victor Spetter, Hubert Grimm, Andy Thomas, Tobias Kampfrath, und Mischa Bonn unter Leitung von Dmitry Turchinovich am MPI-P und Mathias Kläui an der JGU, wurden kürzlich in Nature Physics veröffentlicht.

Diese Arbeit bringt ein neues und mächtiges Werkzeug in das Forschungsgebiet der Spintronik ein. Mit der ultraschnellen Terahertz-Spektroskopie eröffnet sie ein neues Forschungsgebiet: die Terahertz-Spintronik.

Weitere Informationen:

http://mainz-thz-group.weebly.com/- Information über Prof. Turchinovich und seine Forschung
http://www.mpip-mainz.mpg.de/ - Max-Planck-Institut für Polymerforschung

Natacha Bouvier | Max-Planck-Institut für Polymerforschung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Ruckartige Bewegung schärft Röntgenpulse
28.07.2017 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

nachricht Drei Generationen an Sternen unter einem Dach
27.07.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ruckartige Bewegung schärft Röntgenpulse

Spektral breite Röntgenpulse lassen sich rein mechanisch „zuspitzen“. Das klingt überraschend, aber ein Team aus theoretischen und Experimentalphysikern hat dafür eine Methode entwickelt und realisiert. Sie verwendet präzise mit den Pulsen synchronisierte schnelle Bewegungen einer mit dem Röntgenlicht wechselwirkenden Probe. Dadurch gelingt es, Photonen innerhalb des Röntgenpulses so zu verschieben, dass sich diese im gewünschten Bereich konzentrieren.

Wie macht man aus einem flachen Hügel einen steilen und hohen Berg? Man gräbt an den Seiten Material ab und schüttet es oben auf. So etwa kann man sich die...

Im Focus: Abrupt motion sharpens x-ray pulses

Spectrally narrow x-ray pulses may be “sharpened” by purely mechanical means. This sounds surprisingly, but a team of theoretical and experimental physicists developed and realized such a method. It is based on fast motions, precisely synchronized with the pulses, of a target interacting with the x-ray light. Thereby, photons are redistributed within the x-ray pulse to the desired spectral region.

A team of theoretical physicists from the MPI for Nuclear Physics (MPIK) in Heidelberg has developed a novel method to intensify the spectrally broad x-ray...

Im Focus: Physiker designen ultrascharfe Pulse

Quantenphysiker um Oriol Romero-Isart haben einen einfachen Aufbau entworfen, mit dem theoretisch beliebig stark fokussierte elektromagnetische Felder erzeugt werden können. Anwendung finden könnte das neue Verfahren zum Beispiel in der Mikroskopie oder für besonders empfindliche Sensoren.

Mikrowellen, Wärmestrahlung, Licht und Röntgenstrahlung sind Beispiele für elektromagnetische Wellen. Für viele Anwendungen ist es notwendig, diese Strahlung...

Im Focus: Physicists Design Ultrafocused Pulses

Physicists working with researcher Oriol Romero-Isart devised a new simple scheme to theoretically generate arbitrarily short and focused electromagnetic fields. This new tool could be used for precise sensing and in microscopy.

Microwaves, heat radiation, light and X-radiation are examples for electromagnetic waves. Many applications require to focus the electromagnetic fields to...

Im Focus: Navigationssystem der Hirnzellen entschlüsselt

Das menschliche Gehirn besteht aus etwa hundert Milliarden Nervenzellen. Informationen zwischen ihnen werden über ein komplexes Netzwerk aus Nervenfasern übermittelt. Verdrahtet werden die meisten dieser Verbindungen vor der Geburt nach einem genetischen Bauplan, also ohne dass äußere Einflüsse eine Rolle spielen. Mehr darüber, wie das Navigationssystem funktioniert, das die Axone beim Wachstum leitet, haben jetzt Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) herausgefunden. Das berichten sie im Fachmagazin eLife.

Die Gesamtlänge des Nervenfasernetzes im Gehirn beträgt etwa 500.000 Kilometer, mehr als die Entfernung zwischen Erde und Mond. Damit es beim Verdrahten der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Ferienkurs mit rund 600 Teilnehmern aus aller Welt

28.07.2017 | Veranstaltungen

10. Uelzener Forum: Demografischer Wandel und Digitalisierung

26.07.2017 | Veranstaltungen

Clash of Realities 2017: Anmeldung jetzt möglich. Internationale Konferenz an der TH Köln

26.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Firmen räumen bei der IT, Mobilgeräten und Firmen-Hardware am liebsten in der Urlaubsphase auf

28.07.2017 | Unternehmensmeldung

Dunkel war’s, der Mond schien helle: Nachthimmel oft heller als gedacht

28.07.2017 | Geowissenschaften

8,2 Millionen Euro für den Kampf gegen Leukämie

28.07.2017 | Förderungen Preise